Du behøver ikke lim for at holde disse materialer sammen - kun elektricitet

Er der en måde at klæbe hårde og bløde materialer sammen uden tape, lim eller epoxy? En ny undersøgelse offentliggjort i ACS Central Science viser, at påføring af en lille spænding på visse genstande danner kemiske bindinger, der sikkert forbinder genstandene sammen. At vende retningen af ​​elektronstrømmen adskiller let de to materialer. Denne elektroadhæsionseffekt kan hjælpe med at skabe biohybride robotter, forbedre biomedicinske implantater og muliggøre nye batteriteknologier.

Når et klæbemiddel bruges til at fastgøre to ting, binder det overfladerne enten gennem mekaniske eller elektrostatiske kræfter. Men nogle gange er disse attraktioner eller bindinger svære, hvis ikke umulige, at fortryde. Som et alternativ undersøges reversible adhæsionsmetoder, herunder elektroadhæsion (EA).

Selvom udtrykket bruges til at beskrive et par forskellige fænomener, involverer en definition at køre en elektrisk strøm gennem to materialer, der får dem til at klæbe sammen, takket være attraktioner eller kemiske bindinger. Tidligere har Srinivasa Raghavan og kolleger demonstreret, at EA kan holde bløde, modsat ladede materialer sammen og endda bruges til at bygge simple strukturer. Denne gang ville de se, om EA reversibelt kunne binde et hårdt materiale, såsom grafit, til et blødt materiale, såsom dyrevæv.

Holdet testede først EA ved hjælp af to grafitelektroder og en akrylamidgel. En lille spænding (5 volt) blev påført i et par minutter, hvilket fik gelen til permanent at klæbe til den positivt ladede elektrode. Den resulterende kemiske binding var så stærk, at da en af ​​forskerne forsøgte at vride de to stykker fra hinanden, rev gelen i stykker, før den blev afbrudt fra elektroden.

Navnlig, når strømmens retning blev vendt, skiltes grafitten og gelen let ad - og gelen klæbede i stedet til den anden elektrode, som nu var positivt ladet. Lignende test blev kørt på en række forskellige materialer - metaller, forskellige gelsammensætninger, dyrevæv, frugter og grøntsager - for at bestemme fænomenets allestedsnærværende.

For at EA kan opstå, fandt forfatterne ud af, at det hårde materiale skal lede elektroner, og det bløde materiale skal indeholde saltioner. De antager, at adhæsionen opstår fra kemiske bindinger, der dannes mellem overfladerne efter en udveksling af elektroner. Dette kan forklare, hvorfor nogle metaller, der holder stærkt på deres elektroner, inklusive titanium, og nogle frugter, der indeholder mere sukker end salte, herunder vindruer, ikke kunne klæbe i nogle situationer.

Et sidste eksperiment viste, at EA kan forekomme fuldstændigt under vandet, hvilket afslørede en endnu bredere vifte af mulige anvendelser. Holdet siger, at dette arbejde kunne hjælpe med at skabe nye batterier, aktivere biohybrid robotteknologi, forbedre biomedicinske implantater og meget mere.

Flere oplysninger: Reversibelt klæbende metaller og grafit til hydrogeler og væv, ACS Central Science (2024). DOI:10.1021/acscentsci.3c01593. pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acscentsci.3c01593

Leveret af American Chemical Society